CN109176550A - 一种新型双动力精准投篮臂机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型双动力精准投篮臂机械装置，包括第一电机、高速滑轨单元和旋转关节件，第一电机驱动连接高速滑轨单元，所述高速滑轨单元两侧对称连接有连杆，连杆固定连接有摇臂，摇臂与旋转关节件铰接，旋转关节件驱动连接有传动单元，传动单元与机械爪连接，旋转关节件固定连接有微调动力单元，所述微调动力单元包括第二电机，高速滑轨单元上设置有微动开关，微动开关包括设置在所述高速滑轨单元上的第三电机和卡键，所述第三电机与所述卡键驱动连接，所述卡键与所述传动单元上设置的卡槽配合。本发明具有第一电机和第二电机的双驱动力，可以实现对投篮力度和精度的精准控制和强负载能力，并且整体结构简单。

Description

一种新型双动力精准投篮臂机械装置

技术领域

本发明涉及仿人机械臂技术领域，具体的说，是一种新型双动力精准投篮臂机械装置。

背景技术

机器人作为解决全球劳动力短缺问题的重要途径，在生产和生活中得到了广泛的应用。随着人类对海洋、宇宙等未知空间探索的深入，纷繁的应用标准和复杂的工作条件对机器人提出了更高的要求，单一功能的机器人再也难以适应不断变化的工作要求，由此仿人机器人应运而生。近年来，仿人机器人的发展逐步成为机器人行业的焦点，而仿人机械臂作为仿人机器人系统的重要执行部件，其工作性能很大程度上直接影响了仿人机器人系统在复杂环境下执行各项任务的灵巧程度。目前，现有的篮球机器人投篮机械手臂是单一电机提供驱动力，这种投篮机械手臂，准度与力度难以控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型双动力精准投篮臂机械装置，用于解决现有技术中机械手臂采用单一驱动力准确度和力度难以控制的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种新型双动力精准投篮臂机械装置，包括第一电机、高速滑轨单元和旋转关节件，所述第一电机驱动连接所述高速滑轨单元，所述高速滑轨单元两侧对称连接有连杆，所述连杆固定连接有摇臂，所述旋转关节件包括外壳和与所述外壳转动连接的转动轴，所述转动轴的一端固定连接有同步带轮，另一端与所述摇臂卡接，所述转动轴驱动连接有传动单元，所述传动单元与用于投篮的机械爪连接，所述旋转关节件固定连接有微调动力单元，所述微调动力单元包括第二电机，所述第二电机与所述同步带轮驱动连接，所述高速滑轨单元上固定安装有用于释放所述高速滑轨单元储存能量的微动开关，所述微动开关包括固定在所述高速滑轨单元上的第三电机、扳机架和与所述扳机架一端铰接的卡键，所述第三电机与所述卡键驱动连接，所述卡键与所述传动单元上设置的卡槽配合。

第一电机作为主动力单元，提供装置进行精准投篮运动所需的主驱动力并传动给高速滑轨单元，所述高速滑轨单元用于储存所述主动力单元提供的能量和固定所述传动单元、主动力单元、微调动力单元、旋转关节件和微动开关。

在第一电机转动之前，传动单元处在初始位置，卡键嵌入卡槽，传动单元被固定，在主驱动力作用下，高速滑轨单元将主驱动力的能量存储。当高速滑轨单元中的能量释放时，控制系统发送控制指令给第三电机，第三电机驱动卡键与卡槽分离，高速滑轨单元通过连杆、摇臂和转动轴，将高速滑块单元的直线运动转化为传动单元的旋转运动，带动机械爪进行投篮动作，同时第二电机内置的电机轴旋转速度传感器检测传动单元的速度信息获得机械爪的线速度，对传动单元的转速进行微调，第二电机驱动旋转关节件的同步带轮转动，进而带动转动轴转动，传动单元随着转动轴进行转动，使机械爪投篮精度更高。由此可知，本发明具有第一电机和第二电机的双驱动力，可以实现对投篮力度和精度的精准控制。

进一步地，所述高速滑轨单元包括与所述第一电机连接的丝杆、与所述丝杆连接的第一滑块，所述第一滑块通过弹簧连接第二滑块的第一端，所述第二滑块的第二端与所述连杆固定连接，高速滑轨单元还包括顶板和底板，所述顶板与所述第一电机、第三电机、扳机架和外壳固定连接，所述顶板设置在所述第一滑块、第二滑块和弹簧的上方，顶板下表面固定安装有位置传感器安装座，所述位置传感器安装座上滑动连接有位置传感器，所述底板上设置有与所述第一滑块、第二滑块配合的高速滑轨，底板还安装有阻尼器。

高速滑轨单元中的顶板的一端固定在旋转关节件的外壳上，另一端与第一电机固定，底板的两端分别与旋转关节件的外壳和第一电机固定，第一滑块和第二滑块均在底板上面设置的高速滑轨上滑动。当第一电机驱动丝杆运动时，第一滑块随着丝杆运动，由于在初始状态时，卡键嵌入卡槽，即传动单元被固定，由于传动单元通过连杆与第二滑块连接，所以第二滑块也被锁定，此时弹簧被第一滑块牵引，处于拉伸状态，位置传感器的滑竿在没有外力时，在其内部的小拉簧作用下处于初始位置，当受到弹簧施加的外力时在传感器安装座上滑动，并输出电信号给控制系统，此时主驱动力将动能储存成弹性势能。当位置传感器到达指定位置时，控制系统控制第三电机驱动卡键与卡槽松开，弹簧的弹性势能通过第二滑块、连杆、摇臂转换成传动单元旋转的主驱动力。

进一步地，所述传动单元包括与所述转动轴卡接的肘零件，所述肘零件上设置有所述卡槽，所述肘零件的顶部通过碳纤维管与所述机械爪连接。

进一步地，所述丝杆与所述第一滑块的中部连接，所述弹簧为对称设置在所述第一滑块与第二滑块之间的两个。

采用平行安装的两个弹簧进行双重保护，弹力回缩伸张性能更好。

进一步地，所述旋转关节件固定安装有微调电机架，所述微调电机架用于固定所述第二电机。

进一步地，所述阻尼器为平行安装的两个，所述底板上靠近所述旋转关节件的一端固定连接有阻尼器架子，所述阻尼架子与所述旋转关节件的外壳固定连接，两个所述阻尼器安装在所述阻尼器架子上。

阻尼器为平行安装的两个，双重设置更加具有减缓机械振动及消耗动能的效果。

进一步地，所述第一电机与丝杆的连接处设置有第一电机固定板，所述顶板的一端固定在所述第一电机固定板上，另一端固定在所述旋转关节件的外壳上。

采用第一电机固定板对第一电机进行固定，减小电机旋转时的振动，提高稳定性。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明具有第一电机和第二电机的双驱动力，可以实现对投篮力度和

精度的精准控制和强负载能力，并且整体结构简单。

(2)本发明的阻尼器为平行安装的两个，双重设置更加具有减缓机械振动及消耗动能的效果。

(3)本发明中的微调动力单元中的第二电机与肘零件通过同步带连接，在机械爪进行投篮动作的同时微调动力单元收集机械爪的速度信息，然后转动第二电机对机械爪的速度进行微调，使机械爪投篮精度更高。

附图说明

图1为本发明的爆炸图；

图2为本发明的结构示意图；

其中：1-第一电机；2-高速滑轨单元；3-旋转关节件；4-摇臂；5-传动单元；6-微调动力单元；7-微动开关；8-连杆；9-位置传感器固定座；10-微调电机架；21-丝杆；22-第一滑块；23-第二滑块；24-顶板；25-底板；26-弹簧；27-阻尼器架子；28-阻尼器；29-位置传感器；61-第二电机；71-第三电机；72-卡键；251-高速滑轨。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1和图2所示，一种新型双动力精准投篮臂机械装置，包括第一电机1、高速滑轨单元2和旋转关节件3，所述第一电机1驱动连接所述高速滑轨单元2，所述高速滑轨单元2两侧对称连接有连杆8，所述连杆8固定连接有摇臂4，所述旋转关节件3包括外壳和与所述外壳转动连接的转动轴，所述转动轴的一端固定连接有同步带轮，另一端与所述摇臂4卡接，所述转动轴驱动连接有传动单元5，所述传动单元5与用于投篮的机械爪连接，所述旋转关节件3固定连接有微调动力单元6，所述微调动力单元6包括第二电机61，所述第二电机61与所述同步带轮驱动连接，所述高速滑轨单元2上固定安装有用于释放所述高速滑轨单元2储存能量的微动开关7，所述微动开关7包括固定在所述高速滑轨单元2上的第三电机71、扳机架和与所述扳机架一端铰接的卡键72，所述第三电机71与所述卡键72驱动连接，所述卡键72与所述传动单元5上设置的卡槽配合。

第一电机1作为主动力单元，提供装置进行精准投篮运动所需的主驱动力并传动给高速滑轨单元2，所述高速滑轨单元2用于储存所述主动力单元提供的能量和固定所述传动单元5、主动力单元、微调动力单6元、旋转关节件3和微动开关7。在第一电机1转动之前，传动单元5处在初始位置，卡键72嵌入卡槽，传动单元5被固定，在主驱动力作用下，高速滑轨单元2将主驱动力的能量存储。当高速滑轨单元2中的能量释放时，控制系统发送控制指令给第三电机71，第三电机71驱动卡键72与卡槽分离，高速滑轨单元2通过连杆8、摇臂4和转动轴，将高速滑块单元2的直线运动转化为传动单元5的旋转运动，带动机械爪进行投篮动作，同时第二电机61内置的电机轴旋转速度传感器检测传动单元5的速度信息获得机械爪的线速度，对传动单元5的转速进行微调，第二电机61驱动旋转关节件3的同步带轮转动，进而带动转动轴转动，传动单元5随着转动轴进行转动，使机械爪投篮精度更高。由此可知，本发明具有第一电机1和第二电机61的双驱动力，可以实现对投篮力度和精度的精准控制。控制系统与第一电机1、第二电机61、第三电机71以及位置传感器的连接方式均采用现有的电气连接方式，再此不再赘述。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图1和图2所示，所述高速滑轨单元2包括与所述第一电机1连接的丝杆21、与所述丝杆21连接的第一滑块22，所述第一滑块22通过弹簧26连接第二滑块23的第一端，所述第二滑块23的第二端与所述连杆8固定连接，高速滑轨单元2还包括顶板24和底板25，所述顶板24与所述第一电机1、第三电机71、扳机架和外壳固定连接，所述顶板24设置在所述第一滑块22、第二滑块23和弹簧26的上方，顶板24下表面固定安装有位置传感器安装座9，所述位置传感器安装座9上滑动连接有位置传感器29，所述底板25上设置有与所述第一滑块22、第二滑块23配合的高速滑轨251，底板25还安装有阻尼器28。

高速滑轨单元2中的顶板24的一端固定在旋转关节件3的外壳上，另一端与第一电机1固定，底板25的两端分别与旋转关节件3的外壳和第一电机1固定，第一滑块22和第二滑块23均在底板25上面设置的高速滑轨251上滑动。当第一电机1驱动丝杆21运动时，第一滑块22随着丝杆21运动，由于在初始状态时，卡键72嵌入卡槽，即传动单元5被固定，由于传动单元5通过连杆8与第二滑块23连接，所以第二滑块23也被锁定，此时弹簧26被第一滑块22牵引，处于拉伸状态，位置传感器29的滑竿在没有外力时，在其内部的小拉簧作用下处于初始位置，当受到弹簧26施加的外力时在传感器安装座9上滑动，并输出电信号给控制系统，此时主驱动力将动能储存成弹性势能。当位置传感器29到达指定位置时，控制系统控制第三电机71驱动卡键72与卡槽松开，弹簧26的弹性势能通过第二滑块23、连杆8、摇臂4转换成传动单元5旋转的主驱动力。

进一步地，所述传动单元5包括与所述转动轴卡接的肘零件，所述肘零件上设置有所述卡槽，所述肘零件的顶部通过碳纤维管与所述机械爪连接。

进一步地，所述丝杆21与所述第一滑块22的中部连接，所述弹簧26为对称设置在所述第一滑块22与第二滑块23之间的两个。

采用平行安装的两个弹簧26进行双重保护，弹力回缩伸张性能更好。

进一步地，所述旋转关节件3固定安装有微调电机架10，所述微调电机架10用于固定所述第二电机61。

进一步地，所述阻尼器28为平行安装的两个，所述底板25上靠近所述旋转关节件3的一端固定连接有阻尼器架子27，所述阻尼架子27与所述旋转关节件3的外壳固定连接，两个所述阻尼器28安装在所述阻尼器架子27上。

阻尼器28为平行安装的两个，双重设置更加具有减缓机械振动及消耗动能的效果。

进一步地，所述第一电机1与丝杆21的连接处设置有第一电机固定板，所述顶板24的一端固定在所述第一电机固定板上，另一端固定在所述旋转关节件3的外壳上。

采用第一电机固定板对第一电机1进行固定，减小电机旋转时的振动，提高稳定性。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.一种新型双动力精准投篮臂机械装置，包括控制系统，其特征在于，还包括第一电机(1)、高速滑轨单元(2)和旋转关节件(3)，所述第一电机(1)驱动连接所述高速滑轨单元(2)，所述高速滑轨单元(2)两侧对称连接有连杆(8)，所述连杆(8)固定连接有摇臂(4)，所述旋转关节件(3)包括外壳和与所述外壳转动连接的转动轴，所述转动轴的一端固定连接有同步带轮，另一端与所述摇臂(4)卡接，所述转动轴驱动连接有传动单元(5)，所述传动单元(5)与用于投篮的机械爪连接，所述旋转关节件(3)固定连接有微调动力单元(6)，所述微调动力单元(6)包括第二电机(61)，所述第二电机(61)与所述同步带轮驱动连接，所述高速滑轨单元(2)上固定安装有用于释放所述高速滑轨单元(2)储存能量的微动开关(7)，所述微动开关(7)包括固定在所述高速滑轨单元(2)上的第三电机(71)、扳机架和与所述扳机架一端铰接的卡键(72)，所述第三电机(71)与所述卡键(72)驱动连接，所述卡键(72)与所述传动单元(5)上设置的卡槽配合。

2.根据权利要求1所述的一种新型双动力精准投篮臂机械装置，其特征在于，所述高速滑轨单元(2)包括与所述第一电机(1)连接的丝杆(21)、与所述丝杆(21)连接的第一滑块(22)，所述第一滑块(22)通过弹簧(26)连接第二滑块(23)的第一端，所述第二滑块(23)的第二端与所述连杆(8)固定连接，高速滑轨单元(2)还包括顶板(24)和底板(25)，所述顶板(24)与所述第一电机(1)、第三电机(71)、扳机架和外壳固定连接，所述顶板(24)设置在所述第一滑块(22)、第二滑块(23)和弹簧(26)的上方，顶板(24)下表面固定安装有位置传感器安装座(9)，所述位置传感器安装座(9)上滑动连接有位置传感器(29)，所述底板(25)上设置有与所述第一滑块(22)、第二滑块(23)配合的高速滑轨(251)，底板(25)还安装有阻尼器(28)。

3.根据权利要求2所述的一种新型双动力精准投篮臂机械装置，其特征在于，所述传动单元(5)包括与所述转动轴卡接的肘零件，所述肘零件上设置有所述卡槽，所述肘零件的顶部通过碳纤维管与所述机械爪连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种新型双动力精准投篮臂机械装置，其特征在于，所述丝杆(21)与所述第一滑块(22)的中部连接，所述弹簧(26)为对称设置在所述第一滑块(22)与第二滑块(23)之间的两个。

5.根据权利要求3所述的一种新型双动力精准投篮臂机械装置，其特征在于，所述旋转关节件(3)固定安装有微调电机架(10)，所述微调电机架(10)用于固定所述第二电机(61)。

6.根据权利要求2所述的一种新型双动力精准投篮臂机械装置，其特征在于，所述阻尼器(28)为平行安装的两个，所述底板(25)上靠近所述旋转关节件(3)的一端固定连接有阻尼器架子(27)，所述阻尼架子(27)与所述旋转关节件(3)的外壳固定连接，两个所述阻尼器(28)安装在所述阻尼器架子(27)上。

7.根据权利要求2所述的一种新型双动力精准投篮臂机械装置，其特征在于，所述第一电机(1)与丝杆(21)的连接处设置有第一电机固定板，所述顶板(24)的一端固定在所述第一电机固定板上，另一端固定在所述旋转关节件(3)的外壳上。